Tuyauterie et robinetterie de chauffage
Toutes les sections des radiateurs sont assemblées à l'intérieur, au haut et au bas, au moyen de bagues filetées droite et gauche, de 1½" de diamètre, et que l'on visse par les ouvertures ménagées au haut et au bas de la première section.
Chacune des ouvertures de cette première section est fermée par un tampon en fonte taraudé; l'autre extrémité du radiateur est munie au bas de deux orifices taraudés de 1" pour les radiateurs de moins de 50 pieds carrés de radiation, de 1¼" jusqu'à 100 pieds carrés, et de 1½" pour plus de 100 pieds carrés de radiation.
GROSSEUR DES RACCORDEMENTS DES RADIATEURS
L'ouverture du raccordement des radiateurs d'un système à eau chaude dépend de sa surface de radiation et de son emplacement, par rapport à la distance — en longueur et en hauteur — qui sépare le radiateur de la bouilloire.
La grandeur de la bâtisse et le nombre d'étages qu'elle contient, ainsi que le système de transmission — par exemple si ce dernier est à gravité, fermé ou à circulation forcée — exercent aussi une influence sur le diamètre qu'il faudra donner aux raccordements.
La grosseur des raccordements pour les radiateurs à eau chaude peut être comme suit pour un système à deux tuyaux, à gravité :
Rez-de-chaussée et 1er étage :
jusqu'à 50 pieds carrés de
radiation ¾ "
de 50 à 100 " " " " 1 "
de 100 à 200 " " " " 1¼"
Étages supérieurs :
de 50 à 100 pieds carrés de
radiation ¾ "
de 100 à 200 " " " " 1 "
200 et plus " " " " 1¼"
LES ROBINETS DE RADIATEURS
Chaque radiateur doit être muni d'un robinet (valve) qui permet de le fermer ou de l'ouvrir au besoin. L'orifice du robinet est de même dimension que celui du raccordement ou mamelon (nipple) qui le relie au radiateur.
C'est ainsi que, pour un raccordement de ¾", le robinet aura ¾", afin de pouvoir être vissé sur la bague et l'extrémité du tuyau d'amenée.
II n'est pas recommandable de faire des raccordements de moins de 1/2 ", sauf si le radiateur est de petites dimensions comme c'est le cas pour un radiateur mural (wall radiator) de 2 ou 3 sections, ou si la circulation est forcée.
Un radiateur de moins de 25 pieds de radiation peut être raccordé par un tuyau de 1/2" et un robinet de 1/2", s'il est placé aux étages supérieurs dans un système fermé ou à circulation forcée.
Il ne faut pas confondre le volume d'eau avec la vélocité ou pression de celle-ci. C'est donc une erreur de croire qu'en augmentant le diamètre du robinet d'un radiateur, on augmente le dégagement de chaleur émis par pied de surface du radiateur.
La surface intérieure de toute section d'un tuyau de distribution et de retour pour le chauffage à l'eau chaude doit égaler — ou dépasser — les surfaces d'ouverture des robinets combinés des radiateurs que ce tuyau doit alimenter.
Pour les conduites de distribution et de retour, on emploie toujours des tuyaux dont l'aire intérieure se rapproche de la grandeur demandée et correspond à la surface totale des ouvertures de raccordement ou des robinets des radiateurs, sauf dans la circulation forcée où le diamètre du tuyau est déterminé par la friction de l'eau.
ÉTUDE DU SYSTÈME DE DISTRIBUTION
Aucun système de chauffage ne devrait être installé sans que le plombier ait en main un plan ou relevé de la bâtisse. Ce plan servira à déterminer les emplacements des radiateurs et leur radiation, la grosseur et la disposition des robinets de raccordement, la disposition, le diamètre et la longueur des tuyaux de distribution et de retour.
On utilisera aussi le plan pour déterminer l'emplacement des tuyaux d'élévation (ou montées) et leurs branches, ainsi que les tuyaux de retour. (Fig. 67).
Fig. 67.— Plan de chauffage typique oft se trouvent indiqués la grosseur des conduites, leur pente, ainsi que le style, la forme et la radiation de chaque radiateur. Par exemple : R20, 4c, 17s, 81p. signifient radiateur sur pattes 20" de hauteur, 4 colonnes, 17 sections donnant 81 pieds de radiation.
L'emplacement des radiateurs, ainsi que leur radiation en pieds carrés, leur hauteur et le nombre de leurs sections et colonnes, sont d'ordinaire indiqués sur les plans généraux de chaque étage.
Un plan ou une épure séparée du rez-de-chaussée ou soubassement représentera l'endroit où sera placée la bouilloire ainsi que les maîtres-tuyaux d'amenée et de retour, les embranchements, montées, branches, etc.
La colonne-montante (riser), c'est-à-dire les tuyaux d'élévation ou montées, sont d'ordinaire indiqués sur cette planche par des traits de 45° à 60°, partant du pied de la montée et s'étendant sur le dessin en dehors ou à l'intérieur des murs, avec retraits et branches horizontales pour les radiateurs à chaque étage.
Au-dessus de chaque couple de tuyaux d'élévation, l'ingénieur indique clairement le nombre de pieds carrés de radiation de tous les radiateurs que cette montée doit alimenter; il indique aussi le diamètre nominal du raccord ou du robinet du radiateur. (Fig. 67).
La forme de la bâtisse, son nombre d'étages, ses dimensions et son usage, ainsi que l'emplacement des radiateurs par rapport à la bouilloire, détermineront le système de distribution qui sera le plus approprié à cette bâtisse.
Ceci nous amène à étudier les différents systèmes de distribution ainsi que la manière de disposer et d'établir le nombre de maîtres-tuyaux et leur capacité.
EMPLACEMENT DE LA BOUILLOIRE
Pour les habitations, résidences et bâtisses ordinaires, on doit placer de préférence la bouilloire (boiler) à une extrémité ou dans un angle.
Tout en permettant une meilleure distribution des maîtres-tuyaux, cette précaution favorisera la circulation et réduira le coût d'installation du système de chauffage dans son ensemble.
Pour les édifices d'une certaine importance, il est préférable de placer la bouilloire au centre, sur l'un des côtés de la bâtisse, afin d'éviter des maîtres-tuyaux trop longs. Il faut surtout balancer le système de manière que chaque maître-tuyau alimente une quantité égale de radiation, tout en tenant compte de sa propre longueur, de celle de ses branches et de la hauteur des tuyaux d'élévation.
MATÉRIEL EMPLOYÉ
II est maintenant à propos de parler des matériaux et accessoires qui entrent dans une installation de chauffage et sa mise en œuvre. Ce sont, indiscutablement, les radiateurs, tuyaux et raccords. Les tuyaux en fer noir avec raccords en fonte sont d'usage courant dans toute installation de chauffage à l'eau chaude et à la vapeur.
LA TUYAUTERIE
Un tuyau est une conduite rigide en fonte, fer, fer galvanisé, acier, aluminium ou cuivre, dont le diamètre varie de 1/4" à 6", et même davantage. Les parois des tuyaux ont une épaisseur variant, selon le diamètre, de 1/8" à 3/8" et même 1/2" pour les tuyaux d'un diamètre de plus de 12". Leur longueur peut aller jusqu'à 20 pieds.
On entend par tuyauterie l'ensemble des tuyaux d'une bâtisse, d'une installation d'eau froide ou chaude, d'un système de chauffage à l'eau chaude, à la vapeur ou au gaz.
Tuyautage est synonyme de tuyauterie, mais s'applique plus particulièrement à l'ensemble des opérations pour installer un système de chauffage ou les canalisations d'une installation où circulera un fluide sous pression.
Tube se dit plutôt d'un conduit cylindrique à parois de faible épaisseur, dont le diamètre variera de 1/4" à 1", en plastique, en verre, en cuivre ou en acier. Il serait logique d'employer le mot tuyau comme équivalent de l'anglais pipe, et tube pour désigner les conduits de faible épaisseur ou diamètre.
TUYAUX EN FER NOIR
Le tuyau en fer noir de série commerciale est livré en longueurs désassorties allant jusqu'à 20' avec extrémités filetées et un manchon par longueur de tuyau.
Les tuyaux de moins de 2" de diamètre sont livrés par paquets de 3 pour les grosseurs de 1¼" à 1½", par paquets de 5 pour ceux de 1", de 12 pour ceux de 3/4" et par paquets de 18 et 24 pour les diamètres de 1/2" et 3/8". Les tuyaux de plus de 2" sont livrés en longueurs individuelles variant de 15 à 20 pieds; il en est ainsi pour les tuyaux en fer galvanisé.
A moins de spécification contraire, c'est le tuyau en fer noir et soudé par rapprochement, qui est fourni par les quincaillers en gros pour tous les diamètres de moins de 3'''.
Voici, du reste, un tableau des spécifications pour divers diamètres de tuyaux:
LES TUYAUX ET LEUR ASSEMBLAGE
L'assemblage des tuyaux se fait de deux façons: à l'aide de brides (flange union) ou par emmanchement à vis, à l'aide de manchons (couplings).
Les brides sont de forme circulaire ou ovale, délignées et percées pour recevoir les boulons qui les unissent. Elles sont taraudées pour convenir à l'extrémité des tuyaux. On intercale dans le joint une rondelle (washer) de cuivre rouge, de plomb, ou simplement de cuir ou de caoutchouc, pour les rendre étanches lorsqu'elles sont pressées à l'aide des boulons. (Fig. 68).
Fig. 68.— Bride circulaire, très résistante, pouvant supporter de fortes pressions.
Les brides sont très souvent utilisées dans une installation de chauffage pour connecter les maîtres-tuyaux à la bouilloire, surtout les tuyaux servant à la vapeur.
Le manchon (coupling) est un cylindre de métal ayant de 1" à 3" de longueur, et taraudé à ses extrémités, qui sert à réunir le bout fileté de deux tuyaux.
Le diamètre intérieur du manchon doit correspondre au diamètre extérieur des tuyaux; en fait, il doit être classé sous le même diamètre nominal que le tuyau auquel il est destiné. (Fig. 69).
Fig. 69.— Trois types de manchons en fonte généralement employés dans la tuyauterie de chauffage.
Ainsi, un manchon de 1¼" conviendra à deux tuyaux de 1¼" de diamètre nominal.
Il y a aussi le manchon de réduction (reducer) dont l'un des bouts sera de diamètre inférieur et taraudé pour recevoir un tuyau plus petit que celui auquel il est assemblé. (Fig. 70).
Fig. 70.— Manchons de réduction (reducing couplings).
La bague ou mamelon (nipple) n'est qu'un tout petit bout de tuyau fileté à ses deux extrémités et qui sert à raccorder un manchon ou une pièce de raccord à une autre pièce de raccord, ou à un appareil de plomberie ou de chauffage. (Fig. 71).
Fig. 71.— Bagues: a) longue; b) courte; c) pleins filets (nipples).
On appelle raccordement l'ajustage de deux parties séparées d'un ouvrage de plomberie. On désigne aussi sous le nom de raccord (fitting) toute pièce en fer ou en fonte pourvue d'un pas de vis ou taraudée, et qui permet de maintenir deux tuyaux bout à bout ou de les diriger vers les endroits voulus.
Dans une conduite, les intersections se font entre les tuyaux au moyen de raccords en "T", et les changements de direction avec des raccords coudés.
Les coudes (elbows) sont des pièces de raccord en fonte ou en fonte malléable, dont les orifices taraudés se présentent sous un certain angle. Les principaux sont: le coude à angle droit ou de 90 degrés, qui est le plus employé (Fig. 72) ;
Fig. 72.— Coudes: a) 90°; b) 90° renforci; c) coude pour raccords de réservoir, taraudé en A et B, fileté en C. d) de réduction.
le coude de 1/8 ou à 45 degrés, qui offre moins de résistance aux liquides (Fig. 73) ;
Fig. 73.—Coude à 45°
et celui de 1/6 ou 60 degrés, pour mieux se prêter à la direction des conduites. (Fig. 74).
Fig. 74.— a) Coude de réduction à 60°; b) double-coude; c) coude à trois voies.
Tous les coudes se fabriquent pour convenir au diamètre des tuyaux, et sont reconnus par les diamètres nominaux de 1/4" à 1", et de 1" à 6" et plus. Ceux de plus dé 6" de diamètre se raccordent plutôt avec des brides, comme c'est le cas pour les grosses installations à vapeur et pour les aqueducs.
Pour les embranchements, c'est-à-dire les tuyaux secondaires qui aboutissent sur une conduite principale, on se sert d'un té. Le té (Fig. 75) est un branchement perpendiculaire, une sorte de manchon muni d'un orifice taraudé sur un côté, ou des deux à la fois dans le cas d'un double-té. (Fig. 76).
Fig. 75.— "T": a) uni; b) renforci.
Fig. 76.—a) Double "T" ou croix; b) "T" à quatre voies.
Le té oblique ou Y n'est qu'un branchement fait à 45 degrés. (Fig. 77). On obtient aussi les tés, tés obliques et doubles-tés avec réduction afin d'y brancher un tuyau de plus faible diamètre.
Fig. 77.—a) "T" oblique ou "Y"; "T" de réduction.
Les unions ou raccords-unions servent à joindre et assembler les tuyaux d'une conduite susceptibles d'être disjoints puis raccordés de nouveau.
L'union se compose de brides délignées et qui sont taraudées au bout de chacun des tuyaux que l'on veut réunir ; on les rapproche au moyen d'un contre-écrou hexagonal (à six pans) qui se visse sur les deux brides. On rend le joint étanche en y interposant une rondelle de cuir ou de caoutchouc.
L'union rodée (ground joint union) comporte un siège conique sur une des brides et une partie sphérique sur l'autre. Le joint se faisant métal sur métal — d'ordinaire fer sur cuivre ou cuivre sur cuivre — il est absolument étanche du fait que les brides se trouvent pressées l'une contre l'autre. (Fig. 78).
Fig. 78.— Unions rodées: a) raccord-union; b) coude-union. A et B taraudage; C filetage.
Les brides des unions en fonte malléable sont brasées à l'intérieur; l'une excède en cône et l'autre est rodée pour la recevoir.
Le rodage (reaming) consiste à user par le frottement mutuel, ou au moyen d'un alésoir (reamer), deux pièces qui doivent s'emboîter ou s'adapter l'une sur l'autre, comme c'est le cas pour le siège et le clapet d'une soupape, ou d'une union, comme nous venons de le voir.
L'extrémité d'un raccord peut être fermée au moyen d'un tampon (plug). C'est une sorte de bouchon fileté, pourvu d'une tête carrée ou hexagonale à l'extérieur afin qu'il soit plus facile de le dévisser au besoin. (Fig. 79).
Fig. 79.— Tampons (plugs): a) à tête carrée, concave; b) à tête carrée, plein; c) à carré intérieur.
Si le tampon est muni d'un orifice taraudé, il devient une bague-réductrice (reducing bushing). Cette sorte de raccords permet de réduire l'ouverture d'une pièce quelconque de raccord, un té, un coude, une union. (Fig. 80).
Fig. 80.— Bagues de réduction: a) à tête hexagonale intérieure; b) à tête hexagonale extérieure; c) sans tête.
Il y a aussi le réduit excentrique (excentric bushing) qui n'est qu'un tampon percé excen-triquement pour recevoir un tuyau plus petit se taraudant à son niveau inférieur. (Fig. 81).
Fig. 81.— Réduit excentrique.
Lorsqu'il s'agit de boucher temporairement l'extrémité d'un tuyau, on se sert d'un couvercle ou bouchon taraudé (cap), (Fig. 82), qui se visse sur le bout du tuyau ou de la bague.
Fig. 82.— Bouchons taraudés: a) renforci; b) série normale.
ASSEMBLAGE DES TUYAUX
Les tuyaux et les pièces de raccord sont d'ordinaire filetés et taraudés à droite, c'est-à-dire dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre.
On les visse à la main au départ, afin de faire engager les pas de vis et de ne pas briser les filets, puis on se sert d'une clé à mâchoires (pipewrench) pour les serrer et rendre les joints étanches. Au préalable, il faut avoir pris la précaution d'enduire les filets de peinture à l'huile, de blanc de plomb, ou mieux de rouge-plomb ou minium.
Lorsqu'il s'agit de terminer une course en tuyaux ou de rapprocher une pièce de raccord — comme le cas se présente souvent dans les connexions de radiateurs — on emploie une bague gauche et droite avec des pièces de raccord taraudées à gauche, préparées spécialement pour cet usage.
Les tuyaux sont coupés à la longueur voulue à l'aide d'un outil que l'on appelle coupe-tuyau (Pipe-cutter). (Fig. 83).
Fig. 83.— Coupe-tuyau à disque tranchant.
Il se fabrique divers coupe-tuyau dont les principaux se composent de mâchoires dont l'une est munie d'un ou deux petits disques tranchants en acier trempé et l'autre d'un cylindre qui sert d'appui.
Le tout est commandé par une tige à vis servant de manche avec poignée transversale à son extrémité. C'est cette tige que l'on tourne à volonté pour rapprocher et presser les disques tranchants sur le tuyau qu'il coupe au fur et à mesure dans un mouvement de rotation que les bras impriment à l'outil.
Les coupe-tuyaux sont susceptibles de couper des tuyaux de diamètre variant de 3/8" à 4", et sont classés par numéros, comme suit:
ALÉSAGE
L'intérieur de l'extrémité du tuyau qui vient d'être coupé doit être ensuite alésé (reamed).
Cette opération a pour but de
dégager le surplus de métal qui pourrait causer une certaine friction en offrant
de la résistance au passage du liquide et raccoler les sédiments en suspens ;
ces sédiments ou dépôts finissent par détériorer les tuyaux ou les obstruer
complètement.
L'alésoir (reamer) ou fraise n'est qu'un cône en acier
denté muni d'une tige à la façon d'une mèche et que l'on utilise avec un
vilebrequin. (Fig. 84).
Fig. 84.— Alésoir à main (reamer) et manière de s'en servir.
FILETAGE
Le tuyau, placé dans un étau en fer, est ensuite fileté. La filière se compose d'un cadre en acier muni de deux manches pour le faire tourner avec les mains, autour de l'extrémité du tuyau. (Fig. 85).
Fig. 85.—Filière à main.
Le cadre de la filière comporte un coussinet en acier interchangeable (die) ; c'est un cylindre muni de trois coupe-filets ou peignes en acier, correspondant au diamètre du tuyau. Dans certaines marques de filière, l'un des coupe-filets est fixe et les deux autres peuvent être avancés à volonté (Fig. 86).
Fig. 86.— Filière ajustable.
Il se fabrique des coussinets à deux jeux ou couteaux, aussi à 3, 4 et 5 couteaux, que l'on remplace et fixe pour convenir au diamètre du tuyau à fileter.
TARAUDAGE
Les manchons — et toutes les pièces de raccordement: coudes, tés, etc. — sont taraudés à la manufacture. Ces raccords demandent quelquefois à être repassés ou retouchés.
Le taraudage se fait au moyen du taraud (pipe tap) (Fig. 87), outil qui sert à creuser un pas de vis à l'intérieur d'un écrou, d'un manchon ou d'une pièce de raccord dans lequel doivent glisser les filets d'une pièce de métal filetée, ou l'extrémité filetée d'un tuyau.
Fig. 87.— Taraud (pipe tap) en acier au carbone.
Le taraud est ni plus ni moins qu'une mèche avec 3 ou 4 rainures verticales et munie de dents en acier trempé qui grugent le métal en laissant des filets en spirale.
La taraudeuse se compose d'un cadre en acier muni de manches que l'on fait tourner des mains et dans lequel on place le taraud à la façon d'une mèche. (Fig. 88).
Fig. 88.— Taraudeuse à main.
Le filetage et le taraudage sont les deux opérations les plus importantes dans une tuyauterie.
De bons filets, uniformes, lisses et coupés avec précision, donnent des joints qui restent é tanches, non seulement une fois l'installation terminée, mais durant toute sa durée. C'est la seule manière d'obtenir entière satisfaction du matériel et de sa mise en œuvre.
Des filets mal faits, inégaux, écorchés, mal calibrés, font une installation qui, même si elle est étanche au début, laissera à désirer après quelque temps et aura des fuites, laissant passer l'eau goutte à goutte.
Assez difficiles à étancher, parce que généralement peu faciles d'accès, les filets mal faits seront une cause d'ennuis dont le seul responsable sera l'ouvrier qui aura exécuté le travail d'une manière insouciante.
Cependant le discrédit de ce mauvais travail retombera sur le patron: une installation est bien ou mal faite et, suivant le cas, le maître-plombier en a le mérite ou le blâme.
Le filetage des tuyaux exécuté à l'usine est. soigneusement vérifié au calibre (gauge) Briggs ; il en est ainsi du taraudage des manchons et autres pièces de raccord. Le danger de fuites provenant de ces joints est, par conséquent, réduit au minimum.
Si le filetage exécuté sur les lieux des travaux est fait avec autant de précaution qu'à l'usine, au moyen de filières en bon état et aux peignes bien affûtés, la tuyauterie restera indéfiniment étanche.
Tous les outils de filetage, qu'ils soient actionnés à la main ou à l'aide d'un moteur, font des filets très précis s'ils sont employés comme ils doivent l'être, c'est-à-dire avec des peignes ou couteaux, bien aiguisés et non usés.
En effet, pour obtenir des filets parfaits il faut que les peignes soient bien affûtés et bien ajustés dans le cadre ou mandrin de la machine; ils doivent de plus être bien lubrifiés, lors du coupage, avec une huile de bonne qualité.
LES ROBINETS
Un robinet (valve) est un dispositif destiné à retenir ou à livrer passage à un liquide ou à la vapeur dans une conduite.
Ce dispositif est muni d'un clapet mobile commandé par une tige verticale avec pas de vis la soulevant ou la pressant contre un siège rodé.
Si le clapet est commandé par un ressort, il devient une soupape. Sous , une certaine pression, comme dans le cas des soupapes de sûreté (safety valve) et la soupape de dégagement, (relief-valve), ce clapet se soulève et laisse passer le liquide. Le robinet droit (globe valve), en forme de boule, est employé sur une conduite verticale.
Le robinet d'équerre, dont la forme favorise son ouverture sur le côté, permet de l'utiliser à l'intersection de deux tuyaux.
Le robinet droit ne doit pas être placé sur une conduite horizontale, car le siège, divisant le corps du robinet, forme obstruction à l'eau qui est retenue dans son écoulement ; la friction à cet endroit est supérieure à celle qu'occasionne un coude de même dimension. (Fig. 89).
Fig. 89.— Robinet droit et ses différentes parties.
Dans la vanne ou robinet à vanne (gate valve), le clapet mobile suspendu à la tige, au lieu de fermer horizontalement sur un siège, est placé verticalement et glisse dans des coulisses latérales légèrement coniques dans lesquelles il s'emboîte. Ce clapet vertical en métal porte le nom de vanne. (Fig. 90).
Fig. 90.— Vanne (gate valve); détails de construction.
La canette (stopcock) n'est qu'un robinet à boisseau dont les bouts sont taraudés pour s'intercaler dans une conduite et retenir ou livrer passage à l'eau. Le boisseau vertical est muni d'une clé plate ou d'une tête carrée que l'on ouvre en faisant un demi-tour à l'aide d'une clé (wrench). (Fig. 91).
Fig. 91.— Canette ou robinet d'arrêt (stop-cock): a) à clé plate; b) à tête carrée.
Il arrive souvent que l'on veuille retenir l'eau dans une conduite qui est sous pression constante, et empêcher son retour lorsque la pression cesse ou que le service de l'aqueduc est discontinué momentanément. Pour obtenir ce résultat, on a recours au clapet de retenue (check valve). (Fig. 92).
Fig. 92.— Clapet de retenue (check valve) ; détails de construction.
Le clapet est un disque en métal — le plus souvent en cuivre — qui s'adapte hermétiquement sur une ouverture avec siège légèrement conique et de même diamètre.
Sous la pression de l'eau dans le sens normal, il se soulève; par contre il s'abaisse sous son propre poids lorsque la pression cesse, empêchant le retour du liquide qui le comprime sous sa pesanteur ou celle de la tête d'eau.
Ce clapet est d'ordinaire placé obliquement dans une canette en cuivre dont les bouts sont taraudés. Il peut être posé horizontalement sur un siège dans une canette d'équerre, ou être muni d'une petite tige qui glisse verticalement à l'intérieur de la tige d'un robinet d'arrêt combiné (compression check-valve).
Le clapet de retenue, placé sur un système d'alimentation d'eau direct, dans un système de chauffage, doit toujours être accompagné d'une soupape de dégagement (relief valve).
Fig. 93.— Symboles utilisés par les ingénieurs et architectes dans les plans de chauffage.
